(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被回動部材を回動させる球面アクチュエータであって、
曲面部を有する支持部材と、
前記支持部材を固定する固定部材と、
前記支持部材に回動自在に支持されて前記支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備え、
前記可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて前記支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、前記被回動部材が取り付けられる台座部と、前記台座部に所定の間隔を開けて設けられて前記駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有し、
前記固定部材は、棒状をなしており、その軸径が前記複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成され、
前記複数のアーム部は、前記台座における前記被回動部材が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に前記駆動力発生部が取り付けられ、
前記複数のアーム部には、前記複数の駆動力発生部を前記支持部材側に付勢する弾性部が設けられている
ことを特徴とする球面アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の駆動力発生部は、前記支持部材を中心に略等角度間隔に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の球面アクチュエータ。
【請求項３】
前記台座部は、平面状に形成された取付面を有し、該取付面に前記被回動部材が取り付けられる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の球面アクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動力発生部は、環状に配置されて前記支持部材の表面に接触する複数の接触片と、前記複数の接触片を振動させる振動素子とから構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３に記載の球面アクチュエータ。
【請求項５】
前記支持部材は、略球状に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４に記載の球面アクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性部は、前記アーム部を切り欠くことで形成される
ことを特徴とする請求項１〜５に記載の球面アクチュエータ。
【請求項７】
画像を撮影する撮像部と、
前記撮像部を回動させる球面アクチュエータと、
から構成される撮像装置において、
前記球面アクチュエータは、
曲面部を有する支持部材と、
前記支持部材を固定する固定部材と、
前記支持部材に回動自在に支持されて前記支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備え、
前記可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて前記支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、前記撮像部が取り付けられる台座部と、前記台座部に所定の間隔を開けて設けられて前記駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有し、
前記固定部材は、棒状をなしており、その軸径が前記複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成され、
前記複数のアーム部は、前記台座における前記撮像部が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に前記駆動力発生部が取り付けられ、
前記複数のアーム部には、前記複数の駆動力発生部を前記支持部材側に付勢する弾性部が設けられている
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多方向の自由度を有し、ロボットアームや撮像部等の被回動部材を回動させる球面アクチュエータ及びこの球面アクチュエータを備えて構成される撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の球面アクチュエータは、略球状のロータと、このロータの表面に接触してロータを回動自在に支持する複数のステータから構成されている。そして、この球面アクチュエータは、複数のステータが発生させる表面波振動をロータに伝達させて、この振動によりロータを多方向に駆動させている。また、ロータには、ロボットアームや撮像素子等の被回動部材が取り付けられており、ロータが多方向に回動することにより被回動部品を多方向に回動させている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来の球面アクチュエータを備えた撮像装置を示す斜視図である。
図１３に示す、撮像装置１１０は、従来の球面アクチュエータ１００と、撮像部１０６とから構成されている。球面アクチュエータ１００は、略等角度間隔に配置された３つのステータ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃを有する支持部材１０１と、支持部材１０１に回動自在に支持された球状のロータ１０２とから構成されている。支持部材１０１は、略円柱状の固定部材１０５に固定されている。３つのステータ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、支持部材１０１に設けられた３つのアーム部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃにそれぞれ取り付けられている。この３つのステータ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、微小振動を発生させる駆動力発生部であり、ロータ１０２の表面に接触している。
【０００４】
このような構成を有する従来の球面アクチュエータは、３つのステータ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃによって発生される微小振動が、球状のロータ１０２に伝達される。これにより、ロータ１０２は、ロータ１０２及び支持部材１０１の中心を通るＺ軸方向と、このＺ軸方向と直交するＸ軸方向と、Ｚ軸方向と直交する方向であってＸ軸方向とも直交するＹ軸方向との３軸方向回りに回動する。
【０００５】
また、図１３に示す球面アクチュエータ１００は、球状のロータ１０２の表面に撮像部１０６が取り付けられている。撮像部１０６は、撮像素子｛例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）等｝と、この撮像素子に被写体からの像光を入射させるレンズ装置から構成されている。このような構成を有する球面アクチュエータ１００を備えた撮像装置１１０は、配管Ｔ内の検査装置に用いられている。
【特許文献１】特開平８−８８９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の球面アクチュエータ１００は、図１４に示すように、ロータ１０２をＸ軸方向及び／またはＹ軸方向の回りに回動させると、ロータ１０２に取り付けられた被回動部材である撮像部１０６が支持部材１０１のステータ１０３ａに当接する。その結果、ロータ１０１のＸ軸方向及び／またはＹ軸方向の回りの回動動作が制限される。具体的には、図１３及び図１４に示す球面アクチュエータでは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の回りで回転できる範囲が約６０度しかない。このように、従来の球面アクチュエータでは、ロータに取り付けられた撮像部やロボットアーム等の被回動部材が支持部材のステータに当接するため、ロータの可動範囲が狭くなっていた、という問題がある。
【０００７】
一方、配管検査等に用いられる撮像装置の撮影部のアクチュエータとしては、管壁を確実に撮影するために、更に広い範囲（例えば、約１８０度）のＸ軸方向及びＹ軸方向の回りの可動範囲が求められている。したがって、このような撮像装置の撮影部のアクチュエータとして使用するには、従来の球面アクチュエータは、適していなかった。
【０００８】
更に、従来の球面アクチュエータでは、撮影部やロボットアーム等の被回動部材を、略球状をなすロータの表面に取り付けている。そのため、確実に被回動部材をロータに取り付けるには、ロータの表面の一部に平面部を形成するか、あるいは、被回動部材の取り付け面にロータの表面曲率と同一のアール面を形成する必要がある。このように、被回動部材をロータに取り付けることが難しいだけでなく、被回動部材をロータに取り付けるための作業が必要となるため、組み立ての作業工数が多くなる、という問題もあった。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、被回動部材の可動範囲の向上を図ることができると共に被回動部材の取り付けを容易に行うことができる球面アクチュエータ及びこの球面アクチュエータを備えた撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の球面アクチュエータは、被回動部材を回動させる球面アクチュエータである。そして、球面アクチュエータは、曲面部を有する支持部材と、この支持部材を固定する固定部材と、支持部材に回動自在に支持されて支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備えている。この可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、被回動部材が取り付けられる台座部と、台座部に所定の間隔を開けて設けられて駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有している。そして、固定部材は、棒状をなしており、その軸径が複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成されている。
また、複数のアーム部は、台座における被回動部材が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に駆動力発生部が取り付けられている。複数のアーム部には、複数の駆動力発生部を支持部材側に付勢する弾性部が設けられている。
【００１１】
また、本発明の撮像装置は、画像を撮影する撮影部と、撮像部を回動させる球面アクチュエータと、から構成されている。この球面アクチュエータは、上記したとおりのものであり、曲面部を有する支持部材と、この支持部材を固定する固定部材と、支持部材に回動自在に支持されて支持部材の表面に沿って回動する可動部材と、を備えている。この可動部材は、所定の間隔を開けて配置されて支持部材の表面に接触する複数の駆動力発生部と、被回動部材が取り付けられる台座部と、台座部に所定の間隔を開けて設けられて駆動力発生部が取り付けられる複数のアーム部と、を有している。そして、固定部材は、棒状をなしており、その軸径が複数の駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成されている。
また、複数のアーム部は、台座における撮像部が取り付けられる方向と反対側に延在し、かつ延在方向の先端部に駆動力発生部が取り付けられている。複数のアーム部には、複数の駆動力発生部を支持部材側に付勢する弾性部が設けられている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の球面アクチュエータによれば、可動部材に設けた駆動力発生部が被回動部材に当接することがないため、被回動部材の可動範囲を大きくすることができると共に、台座部により被回動部材の取り付けを容易に行うことができる。また、本発明の撮像装置によれば、可動部材の可動範囲を広げることができることにより、撮影可能な範囲を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の球面アクチュエータ及び撮像装置の実施形態例について、図１〜図１２を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明が適用される球面アクチュエータを備えた撮像装置を正面側から見た斜視図、図２は、球面アクチュエータを背面側から見た斜視図である。
この図１に示す、本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）である撮像装置１０は、本発明の第１の実施の形態例に係る球面アクチュエータ１と、被回動部材の一具体例を示す撮像部２から構成されている。撮像部２は、撮像素子｛例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）等｝と、この撮像素子に被写体からの像光を入射させるレンズ装置とを有している。
【００１５】
図１及び図２に示す、球面アクチュエータ１は、多方向（本例では、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸方向）の自由度を有するアクチュエータである。そして、この球面アクチュエータ１は、略球状の支持部材３と、この支持部材３を固定する固定部材４と、支持部材３に回動可能に支持される可動部材５から構成されている。
【００１６】
支持部材３は、略球状に形成されており、曲面部を有している。この支持部材３には、円柱状をなす固定部材４が取り付けられている。この固定部材４により、支持部材３は、回動しないように固定されている。そして、固定部材４に固定された支持部材３に可動部材５が回動可能に支持されている。なお、本例では、支持部材３の形状を略球状として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、支持部材３の形状を半球、楕円球、や円盤状等の外側に膨出する曲面部を有するその他各種の形状に形成してもよい。更に、固定部材４の形状を円柱状として説明したが、固定部材４を角柱状やその他各種の棒状に形成してもよい、ことは言うまでもない。
【００１７】
図３は、本例の球面アクチュエータを示す分解斜視図である。
この図３に示すように、可動部材５は、略円環状の台座部７と、この台座部７に略等角度間隔に配置された３つのアーム部８ａ，８ｂ，８ｃと、３つのアーム部８ａ，８ｂ，８ｃに固定された３つの駆動力発生部９ａ，９ｂ，９ｃを有している。台座部７は、略円環状をなしており、撮像部２を固定するための取付孔１１が設けられている。台座部７の端面は、平面状をなしており、撮像部２を取り付ける取付面７ａを構成している（図１参照）。また、この台座部７は、外周を略等角度間隔（本例では、１２０°）毎に平面状に切り欠くことにより３つの固定面１２ａ，１２ｂ，１２ｃが形成されている。３つの固定面１２ａ，１２ｂ，１２ｃには、３つのアーム部８ａ，８ｂ，８ｃが台座部７における撮像部２の取り付け方向と反対側に延在するように固定されている。３つのアーム部８ａ，８ｂ，８ｃにおける隣り合うアーム部間の間隔は、固定部材４の軸径よりも広く設定されている。
【００１８】
３つのアーム部８ａ〜８ｃのうち、第１のアーム部８ａに第１の駆動力発生部９ａが取り付けられ、第２のアーム部８ｂに第２の駆動力発生部９ｂが取り付けられ、更に第３のアーム部８ｃに第３の駆動力発生部９ｃが取り付けられている。これら３つのアーム部８ａ〜８ｃは、それぞれ同一の構成を有するものであるため、ここでは、第１のアーム部８ａについて説明する。
【００１９】
第１のアーム部８ａは、略長方形をなす平板状をなしており、角部が切り欠かれている。この第１のアーム部８ａは、台座部７の第１の固定面１２ａに固定するための固定孔と、第１の駆動力発生部９ａが取り付けられる開口孔１４と、弾性部１５を有している。図に表れない固定孔は、第１のアーム部８ａの長手方向の一側に設けられている。この固定孔に固定ネジ１７を螺合することにより、第１のアーム部８ａが台座部７の第１の固定面１２ａに固定されている。なお、第２及び第３のアーム部８ｂ，８ｃは、それぞれ台座部７の第２及び第３の固定面１２ｂ，１２ｃに固定されている。
【００２０】
また、固定孔の反対側である長手方向の他側には、開口孔１４が設けられている。この開口孔１４には、後述する第１の駆動力発生部９ａの固定部２１が嵌合されている。なお、第２及び第３のアーム部８ｂ，８ｃの開口孔１４には、それぞれ第２及び第３の駆動力発生部９ｂ，９ｃの固定部２１が嵌合されている。弾性部１５は、第１のアーム部８ａの長手方向の略中心に設けられている。そして、弾性部１５は、外縁から短手方向に沿って互い違いに、かつ長手方向に所定の間隔を開けて複数切り欠くことにより形成されている。この弾性部１５によって、駆動力発生部９が支持部材３側に付勢される。
【００２１】
なお、本例では、３つのアーム部８ａ〜８ｃと台座部７を別部材として説明したが、これに限定されるものではなく、３つのアーム部８ａ〜８ｃと台座部７を一つの部材として一体に形成してもよい。
【００２２】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して駆動力発生部９について説明するが、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃは、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは、第１の駆動力発生部９ａについて説明する。図４Ａは、駆動力発生部を示す正面図であり、図４Ｂは駆動力発生部を示す断面図である。
【００２３】
この図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１の駆動力発生部９ａは、第１のアーム部８ａの開口孔１４に嵌合される固定部２１と、薄い皿状をなす支持体２２と、環状に配置された複数の接触片２３と、振動素子である圧電素子２４を有している。固定部２１は、第１のアーム部８ａの開口孔１４と略等しい直径を有する略円盤状をなしている。この固定部２１の外周から支持体２２が連続して設けられている。支持体２２は、薄い皿状をなしており、その外周には、円環状の平坦部２２ａを有している。この支持体２２の円環状の平坦部２２ａには、複数の接触片２３が形成されている。
【００２４】
複数の接触片２３は、支持体２２の平坦部２２ａから環状に一定間隔で、かつ、同一方向に突出している。この複数の接触片２３には、支持部材３の曲面状の表面に対応するように、支持部材３の表面曲率と同一の曲率を有するアール面２３ａが設けられている。そして、支持体２２の平坦部２２ａにおける複数の接触片２３が配設された面と反対側の面には、複数の接触片２３を振動させる圧電素子２４が接着剤等の固定方法によって取り付けられている。
【００２５】
圧電素子２４は、図示しないフレキシブル配線を介して図示しない圧電素子駆動電源と電気的に接続されている。そして、この圧電素子２４に圧電素子駆動電源から超音波領域の交流電圧が印加されると、圧電素子２４の電歪現象によって微小振動が発生する。圧電素子２４によって発生した微小振動は、支持体２２の平坦部２２ａを介して複数の接触片２３に伝達される。これにより、複数の接触片２３が振動し、接触片２３の表面にたわみ振動や伸縮振動等の表面波振動が発生する。
【００２６】
なお、本例では、圧電素子２４を接着剤により支持体２２の平坦部２２ａに貼り付けた例を説明したが、圧電素子２４の取り付け方法は、これに限定されるものではない。例えば、支持体２２の平坦部２２ａに圧電皮膜を直接生成したり、圧電材料を支持体の平坦部に直接塗布してもよい。これらの方法によれば、圧電素子と支持体の接着面が劣化することを防止又は抑制することができる。
【００２７】
図５は、支持部材３に対する３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの位置関係を示す説明図である。
この図５に示すように、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃは、支持部材３を中心にＺ軸方向（支持部材３の中心を通る固定部材４の軸方向）の回りに１２０°の角度間隔で配置されている。更に、可動部材５をＺ軸方向の回りに回転させるために、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃは、支持部材３の中心を通るＸＹ平面よりＺ軸方向の固定部材４と反対側へ傾いた位置に配置されている。
【００２８】
このような構成を有する球面アクチュエータ１は、例えば、次のようにして組み立てられる。まず、図４Ｂに示すように、支持体２２の平坦部２２ａにおける複数の接触片２３が形成された面と反対側の面に圧電素子２４を接着剤等の固定方法により固定する。これにより、第１の駆動力発生部９ａが形成される。第２及び第３の駆動力発生部９ｂ，９ｃも同一の方法で形成される。なお、圧電素子４には、予めフレキシブル配線が接続されており、図示しない圧電素子駆動電源と電気的に接続されている。
【００２９】
次に、第１の駆動力発生部９ａの固定部２１を第１のアーム部８ａの開口孔１４に嵌合させて、第１の駆動力発生部９ａを第１のアーム部８ａに固定する。同様に、第２及び第３の駆動力発生部９ｂ，９ｃも、それぞれ第２及び第３のアーム部８ｂ，８ｃに固定する。そして、第１の駆動力発生部９ａが取り付けられた第１のアーム部８ａを、台座部７の第１の固定面１２ａに固定ネジ１７等の固定方法により固定する。また、第２及び第３のアーム部８ｂ，８ｃも同様に、台座部７の第２及び第３の固定面に１２ｂ，１２ｃに固定する。ここで、３つのアーム部８ａ〜８ｃは、それぞれ駆動力発生部９ａ〜９ｃを内側に向けて固定されている。
【００３０】
これにより、図３に示すように、台座部７と、３つのアーム部８ａ〜８ｃと、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃからなる可動部材５が形成される。なお、本例では、アーム部８ａ〜８ｃの固定方法を固定ネジ１７によって固定した例を説明したが、固定方法は、これに限定されるものではない。例えば、溶接によってアーム部８を台座部７に固定してもよいことは、言うまでもない。
【００３１】
次に、予め固定部材４に固定された支持部材３に、可動部材５を回動（可動）可能に取り付ける。即ち、図３に示すように、まず可動部材５に設けた３つのアーム部８ａ〜８ｃの上方に支持部材３を臨ませる。そして、３つのアーム部８ａ〜８ｃの略中心に、支持部材３を押し込む。すると、図２に示すように、３つのアーム部８ａ〜８ｃと支持部材３が係合され、３つのアーム部８ａ〜８ｃに取り付けた３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの接触片２３が支持部材３の表面に接触する。その結果、可動部材５が支持部材３に回動可能に取り付けられる。このとき、３つのアーム部８ａ〜８ｃに設けた弾性部１５により３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃは、支持部材３側に付勢されている。このようにして、球面アクチュエータ１の組み立てが完了する。なお、球面アクチュエータ１の組み立ては、上述したものに限定されるものではなく、その他各種の方法で組み立ててもよい、ことは言うまでもない。
【００３２】
また、台座部７の取付面７ａに撮像部２を接触させて、取付孔１７に図示しない固定ネジ等を螺合することにより撮像部２を固定する。これにより、球面アクチュエータを備えた撮像装置１０を組み立てることができる。ここで、台座部７の取付面７ａを平面状に形成しているため、撮影部２及び／又は台座部７を加工することなく容易に撮影部を取り付けることができる。なお、撮像部２の固定方法は、固定ネジによる固定方法に限定されるものではなく、接着剤によって台座部７の取付面７ａに接着する等その他各種の固定方法を用いてもよい。
【００３３】
次に、本例の球面アクチュエータ１の動作について説明する。
まず、図示しない圧電素子駆動電源から駆動力発生部の圧電素子２４に電圧が印加すると、圧電素子２４の電歪現象により微小振動が発生する。そして、この発生した微小振動は、複数の接触片２３に伝達されて、複数の接触片２３が共振する。ここで、複数の接触片２３の表面には、たわみ振動や伸縮振動等の表面波振動が発生する。このとき、円環状に配置された複数の接触片２３の列の特定の位置に振動の腹と節が生じる。そして、圧電素子２４に印加する電圧を調節することにより、複数の接触片２３の列に生じた振動の腹と節の位置が、次々に移動する。その結果、複数の接触片２３の列中を円周方向に進む進行波が発生する。
【００３４】
また、図１及び図２に示すように、複数の接触片２３は、支持部材３の表面に接触している。そのため、複数の接触片２３に生じた円周方向に進む進行波が摩擦力によって支持部材３に伝達される。ここで、支持部材３は、固定部材２により固定されて、回動動作ができなくなっている。そのため、図６及び図７に示すように、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃを有する可動部材５が、支持部材３の表面を滑るように回動する。
【００３５】
なお、本例では、上記したように３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃを３つのアーム部８ａ〜８ｃに設けた弾性部１５によって支持部材３側に付勢させている。そして、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃに設けた複数の接触片２３は、支持部材の表面曲率と同一の曲率を有するアール面２３ａを形成している。そのため、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの複数の接触片２３と支持部材３を確実に接触させることができ、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの複数の接触片２３と支持部材３の接触力が高まる。その結果、複数の接触片２３と支持部材３との摩擦力を高めることができ、可動部材５の出力を向上させることが可能である。
【００３６】
図６に示すように、本例の球面アクチュエータ１では、固定部材４の軸径を、可動部材５に設けた３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃにおける隣り合う駆動力発生部間の間隔よりも小さく形成している。そのため、固定部材４を３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの間に回避させて、可動部材５を回動させることができる。その結果、可動部材５の３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃと固定部材４が当接して、可動範囲が狭くなることを防止できる。そして、本例の球面アクチュエータ１は、台座部７と固定部材４が当接する角度まで可動部材５を回動させることができる。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向回りの可動範囲の向上を図ることができる（本例では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向回りの可動範囲は、３００°である）。
【００３７】
なお、回動方向によっては、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃと固定部材４が当接する場合がある。その場合は、可動部材５をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向回りに回動させる前に、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの隙間に固定部材４が位置するように可動部材５をＺ軸方向回りに回転させる。これにより、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃと固定部材４が当接することを回避することができる。従って、上述したように、可動部材５をＺ軸方向に対して回転させて３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃの隙間を移動することができるため、どのような方向に対しても、台座部７と固定部材４が当接する角度まで可動部材５と被回動部材である撮像部２を回動させることができる。
【００３８】
また、従来の球面アクチュエータ１００では、図１４に示すように、３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃが固定されているため、上記に示した本例の球面アクチュエータ１のように、３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃを回転させて３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃの隙間を移動させることができない。そのため、３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃが配置されている方向にロータ１０２を回動すると、被回動部材と３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃが当接する。更に、従来の球面アクチュエータ１００では、被回動部材が大きくなるに従って、球状のロータ１０２に取り付けられた被回動部材と３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃの距離が近くなるため、回動範囲が更に狭くなる。また、被回動部材の大きさが３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃの間隔よりも大きいと、被回動部材を３つのステータ１０３ａ〜１０３ｃの隙間がある方向に対しても回動させることができなくなり、回動範囲がより狭くなる。
【００３９】
これに対し、本例の球面アクチュエータ１では、被回動部材である撮像部２を、３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃを有する可動部材５の台座部７に取り付けている。更に、撮像部２は、台座部７において駆動力発生部９ａ〜９ｃが配置された方向と反対側に取り付けられている。そのため、撮像部２が固定部材４や３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃに当接するおそれがない。その結果、本例の球面アクチュエータ１の回動範囲は、撮像部（被回動部材）２の大きさに影響を受けるおそれがなく、一定に保たれる。
【００４０】
また、本例の球面アクチュエータは、複数の接触片２３を円環状に配置しているため、可動部材５の回転方向を安定させることができる。更に、摩擦駆動により可動部材５を回動させているため、ブレーキ機構を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。そして、本例の球面アクチュエータ１では、磁界が発生しないため、磁界の影響を受け難い。その結果、本例の球面アクチュエータ１は、強磁場環境下でも使用することが可能である。
【００４１】
更に、上記したような球面アクチュエータ１を備えた撮像装置１０によれば、図７に示すように、撮影部２をＺ軸方向に対して９０°以上傾けることができる。そして、可動部材５をＺ軸方向に対して傾けた状態で、Ｚ軸方向回りに３６０°回転させることもできる。その結果、図８に示すように、配管検査等にこの撮像装置１０を用いた場合には、確実に配管Ｔの管壁を撮影することができる。
【００４２】
次に、図９〜図１２を参照して本発明の球面アクチュエータに係る第２の実施形態例を説明する。
図９は、第２の実施形態例に係る球面アクチュエータを備えた撮像装置を正面側から見た斜視図、図１０は、第２の実施形態例に係る球面アクチュエータを背面側から見た斜視図、図１１は、分解斜視図、図１２は、可動部材を回動させた状態を示す斜視図である。なお、上記した第１の実施形態例と同一の構成を有するものは、同一の符号を付している。
図９及び図１０に示すように、この第２の実施形態例に係る球面アクチュエータ３０は、球状の支持部材３と、この支持部材３を固定する固定部材４と、支持部材３に可動可能に支持される可動部材３５から構成されている。
【００４３】
図１１に示すように、この実施形態例に係る可動部材３５は、略三角形状の台座部３７と、この台座部３７に取り付けられた３つのアーム部３８ａ，３８ｂ，３８ｃと、３つのアーム部３８ａ，３８ｂ，３８ｃに固定された３つの駆動力発生部９ａ，９ｂ，９ｃを有している。台座部３７は、略三角形状をなす枠体として形成されている。台座部３７は、３つのアーム部３８ａ〜３８ｃを固定するための３つの固定面４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、撮像部２を固定するための３つの取付部４１，４１，４１が設けられている。３つの固定面４２ａ〜４２ｃは、略三角形状をなす台座部３７の各頂点を切り欠くことで形成されている。３つの取付部４１ａ〜４１ｃは、台座部３７における枠体の各辺の内側に設けられている。
【００４４】
本実施形態に係る３つのアーム部３８ａ〜３８ｃは、同一の構成を有するものであるため、ここでは、第１のアーム部３８ａについて説明する。第１のアーム部３８ａは、螺旋状をなしており、略中心に平面部４８を有している。第１のアーム部３８ａの最外円の直径は、第１の駆動力発生部９ａの直径と略同様の大きさに設定されている。そして、この第１のアーム部３８ａは、螺旋状に形成することで弾性が付与されており、略全体が弾性部４５として構成されている。
【００４５】
また、第１のアーム部３８ａは、固定片４３と、開口孔４４を有している。固定片４３は、第１のアーム部３８ａにおける螺旋の一端に形成されている。この固定片４３には、ネジ孔が設けられている。固定片４３のネジ孔に固定ネジ１７を螺合することにより、第１のアーム部３８ａが台座部３７の第１の固定面４２ａに固定される。なお、第２及び第３のアーム部３８ｂ，３８ｃは、それぞれ台座部３７の第２及び第３の固定面４２ｂ，４２ｃに固定されている。開口孔４４は、第１のアーム部３８ａの略中心に位置する平面部４８を開口することで形成されている。この開口孔４４に第１の駆動力発生部９ａの固定部２１が嵌合することで、第１の駆動力発生部９ａが第１のアーム部３８ａに固定されている。なお、第２及び第３のアーム部３８ｂ，３８ｃには、それぞれ第２及び第３の駆動力発生部９ｂ，９ｃが固定されている。
【００４６】
その他の構成は、上述した球面アクチュエータ１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような球面アクチュエータ３０によっても、図１２に示すように、支持部材３を中心に可動部材３５が多方向回りに回動することができる。そして、Ｘ軸方向及びＹ軸方向回りの回動動作では、可動部材３５の３つの駆動力発生部９ａ〜９ｃが固定部材４に当接することを回避することができるため、上記した球面アクチュエータ１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、この実施形態例に係る球面アクチュエータ３０によれば、３つのアーム部３８ａ〜３８ｃを螺旋状に形成して弾性を付与することにより、アーム部８の略全体として弾性部４５を構成している。そして、アーム部３８の大きさを駆動力発生部９と略同様の大きさにしている。その結果、アーム部３８を小さくすることができ、可動部材３５を小型化することができる。これにより、球面アクチュエータ３０全体の小型化を図ることが可能となると共に、可動部材３５の回動半径を小さくすることもできる。更に、可動部材３５を小型化、即ち軽量化することができるため、可動部材３５を回動させる駆動力を抑えることができる。
【００４８】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施の形態例では、被回動部材として撮像装置の撮像部を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被回動部材としてロボットアームを台座部に取り付け、本発明の球面アクチュエータをロボットの間接部分に用いてもよい。このように、本発明の球面アクチュエータは、その他各種の回動動作を行う装置に適用できるものである。
【００４９】
また、上記した実施の形態例では、可動部材の駆動方法として圧電素子を用いた超音波振動による駆動方法を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁石を用いた電磁型の駆動方法やその他各種の駆動方法が適用できるものである。
【００５０】
更に、上記した実施の形態例では、駆動力発生部を３つ用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、駆動力発生部を４つ以上設けてもよい。なお、駆動力発生部を４つ以上設けた場合も、上記した実施の形態例と同様に、駆動力発生部における隣り合う駆動力発生部間の間隔は、支持部材を固定する固定部材よりも広く設定されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の球面アクチュエータの第１の実施形態を備えた撮像装置を正面側から示す斜視図である。
【図２】本発明の球面アクチュエータの第１の実施形態を背面側から示す斜視図である。
【図３】本発明の球面アクチュエータの第１の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の球面アクチュエータに係る駆動力発生部を示すもので、図４Ａは正面図、図４Ｂは断面図である。
【図５】本発明の球面アクチュエータに係る支持部材に対する駆動力発生部の位置関係を示す説明図である。
【図６】本発明の球面アクチュエータの第１の実施形態に係る可動部材を回動させた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の球面アクチュエータの第１の実施形態に係る可動部材を回動させた状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の撮像装置を配管検査装置に用いた例を示す斜視図である。
【図９】本発明の球面アクチュエータの第２の実施形態を備えた撮像装置を正面側から示す斜視図である。
【図１０】本発明の球面アクチュエータの第２の実施形態を背面側から示す斜視図である。
【図１１】本発明の球面アクチュエータの第２の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の球面アクチュエータの第２の実施形態に係る可動部材を回動させた状態を示す斜視図である。
【図１３】従来の球面アクチュエータを備えた撮像装置を示す斜視図である。
【図１４】従来の球面アクチュエータを備えた撮像装置に係る球面ロータを回動させた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，３０…球面アクチュエータ、  ２…撮像部（被回動部材）、  ３…支持部材、  ４…固定部材、  ５，３５…可動部材、  ７，３７…台座部、  ７ａ…取付面、  ８ａ，８ｂ，８ｃ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ…アーム部、  ９ａ，９ｂ，９ｃ…駆動力発生部、  １０…撮像装置、  １４，４４…開口孔、  １５，４５…弾性部、  ２１…固定部、  ２２…支持体、  ２３…接触片、  ２４…圧電素子（振動素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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